8 esercizi sul pH svolti e commentati

Si propongono 8 esercizi sul pH riguardanti acidi forti, basi forti, acidi deboli, basi deboli,  soluzioni ottenute da una miscela di un acido e una base o dall’idrolisi di un sale.

Formule

Per la risoluzione degli esercizi si riportano le formule principali per la loro risoluzione:

pH = – log [H+]
pOH = – log [OH]
pH + pOH = 14

Per le soluzioni tampone costituite da un acido debole e dalla sua base coniugata come, ad esempio, HCN e NaCN vale l’equazione di Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log [base coniugata]/[acido debole]

Per le soluzioni tampone costituite da una base debole e dal suo acido coniugato come, ad esempio, NH3 e NH4Cl vale l’equazione di HendersonHasselbalch:

pOH = pKb + log [acido coniugato]/[base debole]

Scala di pH-chimicamo
pH

Nel caso di un sale derivante da acido debole e base forte, come, ad esempio, NaF la costante di idrolisi di F è pari a Kb = Kw/Ka dove Kw è il prodotto ionico dell’acqua che a 25°C vale 1.00 · 10-14

Nel caso di un sale derivante da base debole e acido forte, come, ad esempio, NH4Cl  la costante di idrolisi di NH4+ è pari a Ka = Kw/Kb dove Kw è il prodotto ionico dell’acqua che a 25°C vale 1.00 · 10-14

8 Esercizi sul pH

  • Calcolare il pH di una soluzione di HNO3 che ha una concentrazione 0.10 M.

L’acido nitrico è un acido forte che si assume completamente dissociato: HNO3 → H+ + NO3
Pertanto in soluzione la concentrazione dello ione H+ è pari a 0.10 M

Dalla definizione di pH si ha: pH = – log 0.10 = 1.0

  • Calcolare il pH di una soluzione di HCl che ha una concentrazione 12.0 M

L’acido cloridrico è un acido forte che si assume completamente dissociato: HCl → H+ + Cl
Pertanto in soluzione la concentrazione dello ione H+ è pari a 12.0 M

Dalla definizione di pH si ha: pH = – log 12.0 = – 1.08 (si noti che il valore di pH può essere inferiore a zero e superiore a 14)

  • Calcolare il pH di una soluzione di NaOH che ha una concentrazione 0.10 M

L’idrossido di sodio è una base forte che si assume completamente dissociata: NaOH → Na+ + OH

Pertanto la concentrazione dello ione OH è pari a 0.10 M

Dalla definizione di pOH si ha: pOH = – log 0.10 = 1.0
Pertanto pH = 14 – 1.0 = 13.0

  • Calcolare il pH di una soluzione di HF che ha una concentrazione 0.10 M sapendo che il valore di Ka è 7.2 10-4

L’acido fluoridrico è un acido debole che si dissocia secondo l’equilibrio:
HF ⇄ H+ + F

Per conoscere le concentrazioni delle specie all’equilibrio si costruisce una I.C.E. chart

HF H+ Cl
Stato iniziale 0.10
Variazione -x +x +x
Equilibrio 0.10-x x x

 

scala di pH 1 da Chimicamo
scala di pH

L’espressione della costante di equilibrio è:
Ka = [H+][ Cl]/[HF]

Sostituendo i valori si ottiene:

7.2 · 10-4= (x)(x)/0.10-x = x2/0.10-x

Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ha:
7.2 · 10-4= x2/0.10
Moltiplicando ambo i membri per 0.10 si ottiene:
7.2 · 10-5= x2

Da cui x = [H+] = √7.2 · 10-5 = 0.0085 ( si noti che si considera la sola radice positiva in quanto le concentrazioni non possono essere negative)
pH = – log 0.0085 = 2.1

  • Calcolare il pH di una soluzione di NH3 che ha una concentrazione 0.10 M sapendo che il valore di Kb è 1.8. · 10-5

L’ammoniaca è una debole che si dissocia secondo l’equilibrio:
NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH

Per conoscere le concentrazioni delle specie all’equilibrio si costruisce una I.C.E. chart

NH3 NH4+ OH
Stato iniziale 0.10
Variazione -x +x +x
Equilibrio 0.10-x x x

 

L’espressione della costante di equilibrio è:
Kb= [NH4+][ OH]/[ NH3]

Sostituendo i valori si ottiene:

1.8 · 10-5= (x)(x)/0.10-x = x2/0.10-x

Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ha:
1.8 · 10-5= x2/0.10
Moltiplicando ambo i membri per 0.10 si ottiene:
1.8 · 10-6= x2

Da cui x = [OH] = √1.8 · 10-6 = 0.0013 M
pOH = – log 0.0013 = 2.9
pH = 11-2.9 = 8.1

  • Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 250 mL di HCl 0.10 M con 300 mL di NaOH 0.12 M. (Si suppongano i volumi additivi)

Le moli di HCl sono pari a 0.250 L · 0.10 mol/L = 0.025
Le moli di NaOH sono pari a 0.300 L · 0.12 mol/L = 0.036
Le moli di NaOH in eccesso sono pari a 0.036 – 0.025 = 0.011
Il volume totale è 0.250 L + 0.300 L = 0.550 L

Da cui [OH] = 0.011/0.550 L = 0.020 M
pOH = – log 0.020 =1.7
pH = 14 – 1.7 = 12.3

  • Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 250 mL di HF 0.10 M con 300 mL di NaF 0.12 M sapendo che Ka= 7.2 10-4 (Si suppongano i volumi additivi)

Trattandosi di una soluzione in cui è presente un acido debole e la sua base coniugata si applica l’equazione di Henderson-Hasselbalch relativa alle soluzioni tampone

NaF è un elettrolita forte e si dissocia in Na+ ed F pertanto la concentrazione di F è 0.12 M

Le moli di HF sono pari a 0.250 L · 0.10 mol/L = 0.025
Le moli di F sono pari a 0.300 L · 0.12 mol/L = 0.036

Il volume totale è 0.250 + 0.300 = 0.550 L
[HF] = 0.025/0.550 L = 0.045
[F] = 0.036/0.550 L = 0.065 M
pKa = – log 7.2 · 10-4 = 3.1

Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch si ha:
pH = 3.1 + log 0.065/0.045 = 4.7

  • Calcolare il pH di una soluzione di NaF 0.12 M sapendo che Ka= 7.2 10-4

NaF è un elettrolita forte e si dissocia in Na+ ed F pertanto la concentrazione di F è 1.0 M
Lo ione fluoruro idrolizza secondo l’equilibrio:

F + H2O ⇄ HF + OH
La costante relativa a questo equilibrio è pari a Kb = Kw/Ka dove Kw è il prodotto ionico dell’acqua che a 25°C vale 1.00 · 10-14

Da cui Kb = 1.00 · 10-14/ 7.2 · 10-4= 1.4 · 10-11
L’espressione di Kb è: Kb = [HF ][OH]/[F]

Per conoscere le concentrazioni delle specie all’equilibrio si costruisce una I.C.E. chart

F HF OH
Stato iniziale 1.0
Variazione -x +x +x
Equilibrio 1.0-x x x

 

Sostituendo questi valori nell’espressione di Kb si ottiene:

Kb = 1.4 · 10-11 =(x)(x)/1.0-x = x2/1.0-x

Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ha:
1.4 · 10-11= x2/1.0
Da cui x = [OH] = √1.4 · 10-11= 3.7 · 10-6 ( si noti che si considera la sola radice positiva in quanto le concentrazioni non possono essere negative)
Pertanto pOH = – log 3.7 · 10-6 =5.4 e pH = 14 – 5.4 = 8.6

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Legge di Proust: esercizi svolti

La Legge delle proporzioni definite e costanti nota anche come Legge di Proust che è la più importante delle leggi ponderali della chimica ove...